通過流體力學(xué)實驗培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力

摘 要：流體力學(xué)實驗是流體力學(xué)課程的重要組成部分，每一項實驗，包括實驗?zāi)康?、實驗原理、實驗方法和撰寫實驗報告的每一個環(huán)節(jié)，都能巧妙地融入培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的基本元素，使學(xué)生通過實驗， 提高認(rèn)識流體運動規(guī)律和理論分析能力，掌握實驗方法和技能，學(xué)會處理實驗數(shù)據(jù)和撰寫實驗報告，最終達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)識問題，提出問題和解決問題的綜合能力。

關(guān)鍵詞：流體力學(xué)實驗 培養(yǎng) 綜合能力

0綜述

流體力學(xué)是許多專業(yè)的必修基礎(chǔ)課程，從水利水電工程、風(fēng)力發(fā)電、給水排水、暖通空調(diào)、大氣污染擴(kuò)散，到飛機(jī)、船舶設(shè)計、衛(wèi)星和導(dǎo)彈發(fā)射，無不涉及流體力學(xué)。根據(jù)不同介質(zhì)，流體可分為氣體和液體。流體力學(xué)的發(fā)展過程始終伴隨著實驗研究，由于流體運動的復(fù)雜性，僅靠理論分析和數(shù)值計算難以完全解決工程流體力學(xué)問題，因此重大工程和航空航天項目，都必須經(jīng)過流體試驗驗證或修正后方能實施。

流體力學(xué)實驗是流體力學(xué)課程的重要組成部分，通過實驗教學(xué)，增加學(xué)生對流體力學(xué)的感性認(rèn)識，培養(yǎng)學(xué)生的合作精神及創(chuàng)新意識，學(xué)習(xí)理論聯(lián)系實際的科學(xué)思維方法，加深理解流體力學(xué)的基本概念，提高學(xué)生的動手能力，掌握流體力學(xué)基本參數(shù)的測量方法和現(xiàn)代測量技術(shù)應(yīng)用，學(xué)會實驗數(shù)據(jù)分析和實驗報告撰寫，達(dá)到提高分析問題和解決問題的綜合能力。

1.實驗安排與設(shè)置

不同專業(yè)的流體力學(xué)課程內(nèi)容和學(xué)時不同，實驗項目也不一樣，按實驗類型可分為驗證實驗、演示實驗和綜合性實驗。驗證實驗是利用實驗手段和方法，對理論分析得出的定理、公式或結(jié)論的真實性和正確性加以驗證；演示實驗是通過技術(shù)手段，使流體質(zhì)點運動的軌跡和流體現(xiàn)象變得可視，讓學(xué)生通過演示實驗，增加感性認(rèn)識，加深理解流體運動的內(nèi)在規(guī)律和現(xiàn)象；綜合性實驗涉及本課程或本專業(yè)多學(xué)科的綜合知識，學(xué)生通過綜合性實的驗訓(xùn)練，能運用綜合知識解決流體相關(guān)問題。

2.實驗環(huán)節(jié)與綜合能力的培養(yǎng)

流體力學(xué)實驗有五個環(huán)節(jié)：（一）預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)，實驗前，學(xué)生預(yù)習(xí)實驗指導(dǎo)書，熟悉本實驗相關(guān)內(nèi)容；（二）授課環(huán)節(jié)，指導(dǎo)教師在實驗課上講解實驗?zāi)康摹嶒炘?、設(shè)備構(gòu)造、實驗方法和步驟；（三）實驗環(huán)節(jié)，學(xué)生根據(jù)實驗?zāi)康暮蛯嶒灧椒▽嶋H操作，記錄實驗數(shù)據(jù)，計算相關(guān)參數(shù)，實驗結(jié)束后需經(jīng)指導(dǎo)教師檢查簽字后方可離開實驗室；（四）撰寫實驗報告環(huán)節(jié)，實驗結(jié)束后，學(xué)生回去整理實驗報告，其中包括實驗數(shù)據(jù)計算，圖表制作，誤差分析，解答思考題；（五）批改實驗報告環(huán)節(jié)，教師通過批改實驗報告，發(fā)現(xiàn)學(xué)生實驗中存在的問題，在下一次實驗課講評本次實驗學(xué)生出現(xiàn)的典型問題和共性問題，避免以后再犯同樣的錯誤。下面將通過實例探討如何利用實驗環(huán)節(jié)提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

2.1實驗授課環(huán)節(jié)

實驗授課是整個實驗過程的重點環(huán)節(jié)，把握住這個環(huán)節(jié)，學(xué)生不但能順利完成實驗，還能學(xué)到理論課以外的知識。根據(jù)我們多年的實驗教學(xué)經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)有的學(xué)生只注重實驗操作，對實驗原理和機(jī)理一知半解，知其然不知其所以然，針對這一情況，在講授實驗課時，采取啟發(fā)互動模式，對可能引起誤解的理論概念和實驗現(xiàn)象提出問題，引導(dǎo)學(xué)生思考和討論，學(xué)生對所提出問題給出自己的理解和解答，為了全面了解學(xué)生掌握的真實情況，教師會根據(jù)學(xué)生發(fā)表意的意見進(jìn)行歸納，讓學(xué)生舉手表態(tài)同意哪一種解答？并說出理由，然后讓答對的同學(xué)進(jìn)行講解，教師最后歸納總結(jié)，通過這種互動教學(xué)模式，不但提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，還調(diào)動了學(xué)生的主觀能動性，教學(xué)效果顯著。

2.2 自制實驗教學(xué)設(shè)備

高校應(yīng)該鼓勵教師研制實驗教學(xué)設(shè)備，把現(xiàn)代測試技術(shù)和綜合知識融入教學(xué)實驗中，這不但能提升教師的科研能力和教學(xué)水平，還能培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。我校流體力學(xué)實驗室的教學(xué)實驗設(shè)備自制率超過85%。下面以有壓管水擊演示實驗為例，闡述自制實驗設(shè)備在教學(xué)中的作用與優(yōu)勢。

水擊壓強(qiáng)演示實驗如圖1所示：

（1）突然關(guān)閉閥門，水擊發(fā)生，測壓管⑧的水位由動水壓強(qiáng)位置飆升遠(yuǎn)超過給水箱總水頭；

（2）學(xué)生把手輕放在實驗段橡膠管⑦上，能感觸到水擊產(chǎn)生時管壁受壓膨脹、減壓收縮的過程；

（3）正壓波傳遞到A點時，金屬觸點開關(guān)⑩導(dǎo)通，發(fā)光二極管發(fā)光，秒表開始計時，當(dāng)正壓波傳遞到B點時，另一個金屬觸點開關(guān)導(dǎo)通，發(fā)光二極管發(fā)光，秒表停止計時，水擊波傳遞速度 ；

（4）壓力傳感器能將壓力變化轉(zhuǎn)換成電壓信號輸入給計算機(jī)，計算機(jī)能記錄并顯示出水擊壓強(qiáng)過程線，從水擊壓力過程線能定量測量出閥門關(guān)閉時間、最大水擊壓強(qiáng)、水擊波周期和衰減過程。

課堂上講解水擊現(xiàn)象比較抽象，學(xué)生也難理解和掌握，通過自制設(shè)備演示，把復(fù)雜的水擊現(xiàn)象清晰的展示給學(xué)生，學(xué)生通過觀察和體感，了解水擊的發(fā)生過程，搞清楚水擊發(fā)生時水力參數(shù)變化規(guī)律，以及如何在工程中避免水擊發(fā)生，這是現(xiàn)代教育不可或缺的手段。

2.3把控實驗環(huán)節(jié)

大多數(shù)學(xué)生都能按實驗要求進(jìn)行實驗，但也有個別學(xué)生對實驗不夠重視，不能按要求進(jìn)行實驗，因此教師要嚴(yán)格把控實驗環(huán)節(jié)，現(xiàn)場答疑，實驗結(jié)束后要檢查學(xué)生的實驗記錄，對不符合實驗要求的數(shù)據(jù)，啟發(fā)學(xué)生找出原因或重做，讓學(xué)生懂得要以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度對待實驗。

2.4撰寫實驗報告環(huán)節(jié)

實驗報告是學(xué)生的實驗成果，它不但能反映實驗教學(xué)質(zhì)量和水平，還能檢驗學(xué)生是否掌握了課堂教學(xué)理論，是否達(dá)到了教學(xué)目的。因此實驗報告應(yīng)該包括實驗數(shù)據(jù)計算、誤差分析、圖表制作及分析，實驗結(jié)論，此外還應(yīng)該包含有一定難度的思考題。

實驗思考題的設(shè)計原則是緊扣實驗?zāi)康?，重點是實驗原理，落腳是實驗應(yīng)用。好的思考題應(yīng)該提問簡潔，難度適中，不限于用一種方法和思路解答，學(xué)生需要經(jīng)過查詢參考資料，獨立思考，舉一反三方能解答，這既鍛煉了學(xué)生的思維能力，又提高了解決問題的能力。

3.結(jié)果和結(jié)論

綜上所述，流體力學(xué)實驗是理論教學(xué)不可分割的重要組成部分，也是現(xiàn)代教學(xué)的必要手段，在培養(yǎng)學(xué)生綜合能力和創(chuàng)新精神方面，只要抓住實驗教學(xué)的每一個環(huán)節(jié)，從教育規(guī)律入手，循序漸進(jìn)引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真學(xué)習(xí)、獨立思考、協(xié)作實驗、科學(xué)分析實驗數(shù)據(jù)，認(rèn)真撰寫實驗報告，通過每一步點滴的訓(xùn)練，一定能培養(yǎng)出學(xué)生認(rèn)識問題，提出問題和解決問題的綜合能力。

參考文獻(xiàn)：

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